黃敏

(上海市浦東新區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，上海 200135)

大氣氣溶膠污染可以通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和散射影響大氣能見(jiàn)度及氣候系統(tǒng)，也可以直接或間接對(duì)人體健康產(chǎn)生影響[1-2]。很多研究表明，細(xì)顆粒物(PM2.5)是霾天氣發(fā)生的重要原因之一[3],由于其粒徑小、表面積大，更易吸附有毒物質(zhì)，進(jìn)而對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。PM2.5的環(huán)境化學(xué)意義和環(huán)境健康作用都與其復(fù)雜的化學(xué)成分密切相關(guān)，其中水溶性離子是其重要的一類化學(xué)組成，部分城市水溶性離子可占PM2.5的20%～60%，最高可達(dá)80%以上；水溶性離子作為云的凝結(jié)核影響云、霧形成，從而降低大氣能見(jiàn)度[4-6]。因此研究PM2.5中水溶性離子的污染分布特征具有重要意義。在我國(guó)主要城市，關(guān)于大氣PM2.5的水溶性離子組分都有研究報(bào)道，硫酸鹽一直是水溶性離子中的主要成分[7-8]，以二氧化硫(SO2)減排為主要控制措施的實(shí)行，在前期霾污染控制中發(fā)揮了重要的作用。

浦東新區(qū)位于上海市東部，東瀕東海，南臨杭州灣，北與崇明區(qū)隔長(zhǎng)江相望；區(qū)域面積1 210 km2，是上海市工業(yè)、商業(yè)集中地區(qū)，具有明顯的濱海特征。近年來(lái)，上海浦東新區(qū)是上海市最早實(shí)現(xiàn)PM2.5年均濃度達(dá)標(biāo)的城區(qū)之一，但持續(xù)降低的目標(biāo)壓力比較大，因此開(kāi)展浦東新區(qū)PM2.5中水溶性離子的研究，對(duì)于浦東新區(qū)制定PM2.5持續(xù)降低的對(duì)策和措施具有積極意義?，F(xiàn)利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)PM2.5的質(zhì)量濃度、化學(xué)組分進(jìn)行近3年的觀測(cè)，分析了水溶性離子濃度的變化特征，以期為浦東新區(qū)大氣污染控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)時(shí)間

2018年1月1日—2020年12月31日。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于上海浦東環(huán)境監(jiān)測(cè)站(121.545°E, 31.233°N)，距離地面約20 m高的樓頂, 氣象數(shù)據(jù)來(lái)自監(jiān)測(cè)點(diǎn)配置的小型氣象監(jiān)測(cè)站。該點(diǎn)位于浦東中心城區(qū), 周?chē)饕蔷用褡≌瑓^(qū)和商用寫(xiě)字樓, 除周?chē)?00 m左右的靈山路和源深路有較為密集的機(jī)動(dòng)車(chē)流量外，無(wú)明顯局地污染源，屬于典型的商業(yè)、交通混合區(qū)。

1.3 樣品采集及分析

1.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)大氣PM2.5質(zhì)量濃度及其水溶性離子數(shù)據(jù)，其中離子濃度值小于檢測(cè)限的，在統(tǒng)計(jì)時(shí)以檢測(cè)限值的1/2進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5污染特征

2.1.1ρ(PM2.5)月變化特征

2018—2020年P(guān)M2.5年均值分別為34，35和32 μg/m3，均達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)年均二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(35 μg/m3)，且總體呈下降趨勢(shì)。

2018—2020年逐月ρ(PM2.5)變化特征見(jiàn)圖1，圖中I字線為ρ(PM2.5)當(dāng)月最大值和最小值。由圖1可見(jiàn)，ρ(PM2.5)總體呈現(xiàn)冬季較高,夏季較低的特征，且冬季ρ(PM2.5)變化差異明顯大于其他季節(jié)，其中2018年8月均值僅為15 μg/m3，最高為2018年1月，均值達(dá)為54 μg/m3。春、夏季ρ(PM2.5)較低的原因在于：一是降水頻率高于其他季節(jié)，且降水量較大，降水可有效去除大氣顆粒物[18];二是夏季的低濃度與上海的季風(fēng)氣候有關(guān)，夏季通常以東風(fēng)和東南風(fēng)為主，邊界層ρ(PM2.5)比較高，而且海面上較為潔凈的空氣一定程度上稀釋了大氣PM2.5，而冬季溫度低，靜穩(wěn)天氣下大氣擴(kuò)散條件差于其他季節(jié)。

圖1 2018—2020年逐月ρ(PM2.5)變化特征

2.1.2ρ(PM2.5)與氣象的關(guān)系

2018年是上海市第2輪清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃的開(kāi)始之年，也恰好可以表征第1輪清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃的成效。因此重點(diǎn)對(duì)2018年浦東城區(qū)春、夏、秋、冬共4個(gè)季節(jié)的ρ(PM2.5)風(fēng)向玫瑰圖進(jìn)行了分類分析(圖2)。由圖2可見(jiàn)，2018年春季 PM2.5的高值區(qū)來(lái)源于各個(gè)方向，但西北方向較為突出，說(shuō)明春季既有西北的輸送影響也有近距離污染源的貢獻(xiàn)；夏季PM2.5濃度處于較低水平，存在西南方向的較近距離的污染源；秋季PM2.5存在明顯的正南方向的污染源；冬季PM2.5濃度分布與春季類似，但污染程度重于春季，其中西北風(fēng)時(shí)ρ(PM2.5)最高，近距離的西北方向和西南方向的源也有貢獻(xiàn)。這說(shuō)明浦東城區(qū)可能受到浦西地區(qū)城區(qū)的輸送貢獻(xiàn)；另外，不容忽視的是局部地區(qū)工業(yè)污染源和移動(dòng)源的貢獻(xiàn)。

圖2 2018年浦東城區(qū)春、夏、秋、冬季ρ(PM2.5)風(fēng)向玫瑰圖

2.2 水溶性離子濃度特征

2.2.1 水溶性離子質(zhì)量濃度月變化特征

圖3 2018—2020年水溶性離子質(zhì)量濃度的月際變化情況

由圖3(e)可見(jiàn)，ρ(Cl-)呈逐年下降趨勢(shì)，顯示與濃度逐年上升的Na+有不同污染來(lái)源；Cl-與煤炭的燃燒也有關(guān)系，煤炭電廠的超低排放也同時(shí)降低了Cl-的濃度。

2.2.2 水溶性離子組分在PM2.5中占比

2018—2020年水溶性離子組分在PM2.5中占比情況見(jiàn)表1。

表1 水溶性離子組分在PM2.5中占比 %

2.2.3 水溶性離子與氣象的關(guān)系

圖4 2018年浦東城區(qū)和風(fēng)向玫瑰圖

2.3 主要離子特征分析

圖5 2018—2020年變化情況

2.3.2 陰陽(yáng)離子平衡

(1)

(2)

圖6 2018—2020年春、夏、秋、冬4季CE/AE值

2.3.3 硫氮轉(zhuǎn)化速率特征

SOR=ρ(SO42-)/[ρ(SO42-)+ρ(SO2)]

(3)

(4)

當(dāng)SOR、NOR>0.1時(shí)，說(shuō)明大氣中SO2和NO2二次轉(zhuǎn)化程度較高。SOR、NOR越大，說(shuō)明有越多的SO2和NO2轉(zhuǎn)化為氣溶膠二次組分，二次轉(zhuǎn)化程度越高。2018—2020年SOR與NOR變化見(jiàn)圖7。

圖7 2018—2020年SOR與NOR變化

由圖7可見(jiàn)，除2018年夏季外，其余時(shí)間SOR和NOR均>0.1，說(shuō)明浦東城區(qū)SO2和NO2的二次轉(zhuǎn)化程度較高。從季節(jié)變化來(lái)看，SOR和NOR變化冬季較高，秋季和夏季較低，這可能與冬季的濕度較高有關(guān)。

2.3.4 水溶性離子相關(guān)性分析

表2 水溶性離子相關(guān)系數(shù)

(5)

(6)

K+和Cl-的相關(guān)系數(shù)為0.52，說(shuō)明大氣中可能以KCl形式存在。Cl-的來(lái)源包括海鹽、垃圾焚燒、燃煤和工業(yè)生產(chǎn)等[29]，K+多來(lái)源于生物質(zhì)燃燒，另外天然氣、餐飲爐灶及油煙排放提供了K+的來(lái)源。

圖8 2種方法實(shí)測(cè)所得值與計(jì)算值對(duì)比

3 結(jié)論

(3)SNA占PM2.5的52%以上，是影響PM2.5的重要組分，它們?cè)诖髿庵心壳爸饕?NH4)2SO4和NH4NO3的形式存在。

(4)2018—2020年，春季顆粒物表現(xiàn)為弱酸性，冬季為弱堿性，全年總體基本呈中性。SOR與NOR均>0.1，浦東城區(qū)SO2和NO2的二次轉(zhuǎn)化程度較高。

(6)隨著工業(yè)污染源逐步得到有效控制，控制移動(dòng)源NOX排放是持續(xù)降低PM2.5的重要途徑。